Most commercial heterogeneous catalysts employ bifunctional components of active nanoparticles and high surface area supports because of the ease of product separation and catalyst recycling. The size, shape, surface structure, and dispersity of the active nanoparticles in catalysts strongly affect the common reactions. Being small in size increases the nanoparticle surface tension and makes surface atoms very active. Herein, we have synthesized uniform and small nanoparticles of Co, Ni, $Mo/MoO_x$, $MoO_3$ and $MoS_2$ and then incorporated them into MCF (mesocellular siliceous foam) structures by sonication making bifunctional catalysts. In particular, polycrystalline $Mo/MoO_x$ nanoflakes were synthesized by thermal decomposition of $Mo(CO)_6$, and easily transformed to small $MoO_3$ and $MoS_2$ nanoparticles by either oxygen bubbling or sulfur addition, respectively. To the best of our knowledge, there were no generic synthetic schemes for $MoO_3$ and $MoS_2$ nanostructures as colloidal forms. It is anticipated that the colloidal forms of smaller and regular molybdenum oxides and sulfides would exhibit better catalytic performances compared to the bulk catalysts due to their large surface area and high activity. We have also applied cobalt and nickel bifunctional catalysts in Pauson-Khand and desulfurization reactions, respectively.
대부분의 상업적 촉매는 결과물의 분리와 촉매의 재사용을 위해 지지체에 금속 나노입자를 담지 시킨 형태로 이용되어지고 있다. 불균일계 촉매에서 금속 나노입자의 크기, 모양, 표면구조 등은 촉매반응에 큰 영향을 미치며, 입자의 크기가 작을수록 부피 대 표면적이 커져 높은 활성을 나타낸다. 따라서, 좋은 촉매를 얻기 위해서는 나노입자를 작고 균일한 크기로 합성하여야 하며, 이 입자가 반응물과 쉽게 반응할 수 있고 격한 조건에서도 입자끼리 잘 뭉쳐지지 않도록 하여야 한다. 본 연구에서는 촉매성이 높은 코발트, 니켈, 몰리브데늄 계의 입자의 합성과 크고 균일한 구멍을 가지는 지지체(MCF)에 뭉치지 않고 입자를 담지시키는 방법에 대해 집중 하였다. 코발트와 니켈 나노입자의 경우 이미 잘 알려진 입자 합성방법을 좀 더 쉽고 한번에 더 많은 양을 생산 할 수 있는 방법으로 수정하여 합성을 하였고, 합성된 입자를 MCF에 균일하게 담지 시킬 수 있었다. 특히, 촉매로서 가치가 높으면서도 나노입자의 수준에서는 거의 알려지지 않은 산화 몰리브데늄과 황화 몰리브데늄 나노입자를 몰리브데늄 카르보닐 화합물의 열분해 및 산소와 황을 첨가하여 균일하게 합성할 수 있었고, 합성된 구조를 TEM, XRD, XPS 등의 방법을 통해 분석하였다. 또한 이렇게 합성된 코발트와 니켈의 이중기능 나노촉매는 각기 포손칸트 반응과 탈황 반응에서 높은 반응성을 보임을 확인할 수 있었다.
